外来种互花米草在中国沿海滩涂的扩散过程和趋势研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:capfhn
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生物入侵作为21世纪五大全球性环境性问题之一,对生态系统安全构成巨大威胁,已成为生态学领域的研究热点之一。互花米草(Spartina alterniflora Loisel.)原产于美洲大西洋沿岸,是当地盐沼系统中的重要物种,被誉为生态工程师。1979年底,出于促淤造陆和保堤护岸的目的,中国从美国东海岸引入互花米草在沿海多地种植,互花米草的种植给中国海岸带来了较大的生态和经济效益,但是由于其较强的繁殖力和竞争力,也给本土生态系统带来了众多负面影响,目前国内外关于互花米草扩散的研究主要局限于保护区、河口和海湾等较小的区域内开展,缺少互花米草在大尺度内的扩散过程研究,本文尝试从中国滨海带的尺度上探索互花米草的扩散过程和潜在分布的模拟,研究成果将为中国沿海互花米草的科学管理提供有力的理论支持,也有助于其他学者更深入地理解互花米草的入侵机制和入侵过程等科学问题。  本文借助于1985-2014年覆盖中国沿海地区约400景Landsat遥感影像,Google earth历史影像,并结合2014-2015年的全国沿海互花米草的野外实地调查数据,探讨互花米草在中国沿海的空间分布,在中国引种以来的扩散模式及扩散过程的区域差异和影响因素等问题。此外,借助MaxEnt生态位模型,结合互花米草在中国的分布点记录和相关环境因素,分析互花米草在中国沿海的潜在分布特征及影响互花米草地理分布的主要环境因子等问题,研究得到的主要结果如下:  (1)遥感影像分析结果表明,到2014年,中国互花米草分布面积达到55468ha,覆盖了中国除澳门外的13个沿海省市自治区,北从辽宁葫芦岛(19°46N,120°58E),南到海南儋州湾(40°47N,120°58E)。地理环境差异造成互花米草在中国各省区分布面积差别较大。江苏省滩涂互花米草分布面积最大,达到21843ha,占全国分布总面积的40%,上海市、浙江省和福建省滩涂植被面积达到28735ha,占总面积的52%,河北省、天津市和山东省占7.1%,广东省和广西壮族自治区互花米草面积仅占1.1%,剩余的少量互花米草分布在辽宁省、海南省儋州湾、香港和台湾省金门县,仅澳门特区海岸没有发现互花米草分布。总体呈中部沿海地区分布面积较大,北方和南方地区互花米草分布面积相对较少的分布规律。  (2)从上海到广西的互花米草植被群落和土壤调查得知,中部地区互花米草植株高度和地上生物量总体高于南方地区;互花米草生境中土壤pH值在6-8.5,上海地区pH值偏高,土壤盐度从上海到广西无明显差异,土壤N的比例范围为0.004%-0.186%,区域差异不明显;土壤总C比例的变化范围为0.064%-2.589%,土壤总P的变化范围为108.76-817.22mg/kg,不同地区土壤C和P含量差异显著,总体呈现从上海到广西沿海逐渐降低的趋势。  (3)从1990-2014年遥感影像分析,互花米草在中国沿海整体呈现多项式增长模式,年均扩散率达到11.6%。互花米草在中国的入侵可分为4个阶段:1980-1990年的试栽期;1990-2003年的迅速扩散期,年均扩散速度达到20.4%,主要在江苏、上海、浙江和福建省海岸大规模扩散,这期间互花米草主要借助克隆繁殖以及种子插入式的占据新斑块完成种群扩张;2003-2005年的扩散减慢期,全国大规模的互花米草盐沼围垦期使互花米草总面积减少了约12.7%,江苏省、浙江省和上海市互花米草面积减少最多;2005-2014年的稳定扩散期,年均扩散率为4.0%,主要是由于合适生态位已大部分被占据,低海拔潮滩不适宜互花米草生长,限制了种群的扩张。  (4)通过分析中国沿海43个互花米草分布区的扩散过程可得出,互花米草扩散速度呈现北部偏高、中部和南部地区较低的趋势,垂直于海岸的扩散速度也呈现随纬度升高而加快的趋势,这主要是由于中国北方互花米草种子量较高,种子的繁殖和传播对中国北方互花米草的扩散贡献力较大,并且结合土壤性质分析,北方地区的有机C含量较高,丰富的营养物质为互花米草种群的营养繁殖提供了保证,促使中国北方互花米草扩散速度较快,再者这些地区多数处于互花米草入侵初期,丰富的滩涂资源和适宜的滩涂高程也为互花米草的扩散提供了有利条件。从互花米草的扩散率与3项海洋环境因子的回归模拟结果可看出,互花米草的扩散速度与海水温度和海流速度相关,而与海水盐度关系不显著。随着海水温度和海流速度的升高,互花米草均呈现扩散减慢的趋势。与气候变量的相关性分析得出,互花米草的扩散速度与年均温度、1月最低温度和降水量显著相关。土壤分析显示,土壤PH值和土壤盐度对互花米草的扩散速度影响较小,而互花米草的扩散受到土壤N和C的影响,随着土壤N和C的增加,扩散速度加快,因此应加强富营养化河口的环境监测和互花米草扩散动态监测。  (5)基于Maxent生态位模型对互花米草在中国的适宜分布情况进行了预测,结果得出,平均海水温度、最低海水温度、年均气温和1月最低温度是影响互花米草在中国地理分布的主要因素,中国沿海滩涂适宜互花米草的分布区域可能达到85%左右,其中,18%为高度适宜区,主要分布在江苏、上海、浙江和福建的宁德、福州和漳州地区;34%为中度适宜区,分布在辽宁省丹东和大连、河北省沧州、天津市、山东东营市、青岛等部分地区;33%为低度适宜区,主要为渤海湾、广东、香港、澳门和台湾西北部地区,仅有15%为分布概率较低区域,说明互花米草在中国入侵潜力较大,特别是渤海湾地区,互花米草的入侵风险较大,应加强滩涂植被监测力度。
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